本設(shè)計重要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)計算、均衡控制、熱管理、各種通信以及故障診斷等功能。

電池管理系統(tǒng)硬件組成

電池管理系統(tǒng)電路由電源模塊、DSp芯片TMS320LF2407A(簡稱為“LF2407”)、基于多個OZ890的數(shù)據(jù)采集模塊、I2C通信模塊、SCI通信模塊、CAN通信模塊組成。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)硬件組成框圖

1電源模塊

整車供應(yīng)的電源為+12V，管理系統(tǒng)要的電壓包括：+3.3V(DSp，隔離電路用)、+5V(總線驅(qū)動等芯片用)、±15V(電流傳感器)，可以通過DC-DC轉(zhuǎn)換得到，這樣不但可以滿足各個芯片的供電要求而且可以起到隔離抗干擾的用途。

2數(shù)據(jù)采集模塊

由DSp完成總電壓、電流及溫度的采集。電池單體電壓的采集和均衡由OZ890芯片完成，并利用I2C總線發(fā)給DSp，本模塊電路重要包括前端采集處理和均衡電路。

3I2C通信模塊

OZ89采樣模塊將采集處理后的數(shù)據(jù)通過I2C總線發(fā)送到LF2407，由于LF2407自身不帶I2C接口，本設(shè)計利用pCA9564擴展其I2C接口。為了防止電磁干擾影響I2C總線上數(shù)據(jù)的傳輸，必須對總線信號進行隔離，考慮到I2C總線是雙向傳輸?shù)模褂肁DuM1250雙向隔離芯片進行隔離。pCA9564及雙向隔離電路如圖2所示。

圖2pCA9564及雙向隔離電路

pCA9564是I2C總線擴展器，與LF2407的GpIO口相連，它支持主從模式的數(shù)據(jù)收發(fā)，在BMS中設(shè)定LF2407為主器件，OZ890位從器件。LF2407通過讀寫pCA9564內(nèi)部四個寄存器的內(nèi)容來與OZ890信。

ADuM1250是熱插拔數(shù)字隔離器，包含與I2C接口兼容的非閂鎖、雙向通信通道。這樣就不要將I2C信號分成發(fā)送信號與接收信號供單獨的光電耦合器使用。

4串口通信模塊

電池管理系統(tǒng)將采集處理后的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到pC機界面上，實現(xiàn)人機交互。通過串口界面，可以觀察到電池的總電壓、單體電壓、電流、SOC、故障狀態(tài)、充放電功率等參數(shù)，還可以通過串口發(fā)送實現(xiàn)管理系統(tǒng)的在線標定。其硬件電路重要基于MAX232芯片，如圖3a)所示。

圖3串口通信接口電路

MAX232是+5V電源的收發(fā)器，與計算機串口連接，實現(xiàn)RS-232接口信號和TTL信號

的電平轉(zhuǎn)換，使BMS和pC機能夠進行異步串行通訊。為了防止電磁干擾影響串口上數(shù)據(jù)的傳輸，必須對總線信號進行隔離。串口是單向傳輸，所以利用6N137光電耦合較為方便，圖3b)所示為232TXD信號光耦隔離電路。

5CAN通信模塊

CAN通信是架接電池管理系統(tǒng)(BMS)與整車HCU之間的信息橋梁，BMS將電池的狀態(tài)參數(shù)通過CAN總線發(fā)給HCU，HCU通過判斷當前的電池狀態(tài)來做出決策，分配電機和發(fā)動機之間的功率，控制電池的充放電。同時BMS還可以接收HCU發(fā)來的相關(guān)命令，做出相應(yīng)的處理。其硬件方面重要是通過pCA82C250通用CAN收發(fā)器來供應(yīng)對總線數(shù)據(jù)的差動發(fā)送能力和對通信總線數(shù)據(jù)的差動接收能力。通過類似于圖3b)的光耦隔離電路來加強CAN總線上的抗干擾能力。其硬件電路由圖4所示。

圖4CAN通信接口電路

在電路中可根據(jù)整車要求，是否接入120Ω的終端電阻，當Jp201跳線接1腳和2腳時，不接入電阻，當接2腳和3腳時，電阻接入。

電池管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計

電池管理系統(tǒng)軟件系統(tǒng)包括6個任務(wù)和5個中斷。6個任務(wù)包括：AD轉(zhuǎn)換處理任務(wù)(包括讀取OZ890中的數(shù)據(jù))、CAN接收任務(wù)、CAN發(fā)送任務(wù)、SOC計算任務(wù)、系統(tǒng)監(jiān)視故障診斷任務(wù)和串口發(fā)送任務(wù)。5個中斷包括：AD采集中斷服務(wù)子程序、Timer1下溢中斷服務(wù)子程序、周期中斷子程序、CAN總線接收中斷服務(wù)子程序和串口接收中斷服務(wù)子程序，如下面的中斷向量表所示：

.ref_c_int0

.ref_ADC，_INT2，_INT5

.sect".vectors"

rset:B_c_int0;00hreset

int1:BADC;02hADC

int2:B_INT2;04h周期、下溢中斷

int3:Bint3;06hINT3

int4:Bint4;08hINT4

int5:B_INT5;0AhCAN,SCI

int6:Bint6;0ChINT6

根據(jù)整車控制策略，CAN上電池狀態(tài)數(shù)據(jù)每幀的刷新周期為10ms，故設(shè)置周期中斷的時鐘節(jié)拍為10ms;相應(yīng)地設(shè)置以上幾個任務(wù)的執(zhí)行周期均為10ms。

圖5周期時鐘節(jié)拍圖

從圖5中可以看出，系統(tǒng)初始化完成以后，Time1開始計時，當達到5ms時，在A點發(fā)生周期中斷，然后進入周期中斷子程序，啟動AD轉(zhuǎn)換，通過I2C總線讀取OZ890中的數(shù)據(jù)。AD轉(zhuǎn)換完畢后，軟件觸發(fā)ADC中斷保存數(shù)據(jù)并進行相應(yīng)的處理，清除周期中斷標志。當達到10ms時，發(fā)生下溢中斷，進入下溢中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行CAN發(fā)送任務(wù)、SOC計算任務(wù)、系統(tǒng)監(jiān)視故障診斷任務(wù)、串口發(fā)送任務(wù)。另外，CAN接收和串口接收執(zhí)行采用中斷觸發(fā)方式。利用周期中斷和下溢中斷來劃分任務(wù)執(zhí)行時間區(qū)域不僅能夠滿足整車10ms

每幀數(shù)據(jù)的CAN發(fā)送要求，而且每一個任務(wù)時間也都能通過計數(shù)器和標志位的狀態(tài)來計算任務(wù)的執(zhí)行時間，以便更好的分配任務(wù)的執(zhí)行時間段。

結(jié)論

電池管理系統(tǒng)采用了DSp+OZ890的結(jié)構(gòu)，加之相應(yīng)的抗干擾措施，具有高性能、低成本等特點。由于采用了專門的電池采樣芯片OZ890，提高了采樣精度、解決了電池單體電壓不均衡造成的過充問題。同時使硬件的開發(fā)周期大大縮短，增強了系統(tǒng)的可靠性和可維護性，在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。

本文創(chuàng)新點：使用OZ890電池采樣芯片測量電池數(shù)據(jù)，同時使用pCA9564擴展LF2407的I2C接口，實現(xiàn)了LF2407與OZ890之間的通信。